E= mc^2 : Apakah Maksudnya?

   Siapa yang tidak pernah dengar persamaan ini? E = mc ² adalah persamaan fisika yang paling terkenal untuk orang awam dan merupakan ciri khas dari Albert Einstein. Walau sebenarnya ada beberapa ilmuwan yang mengaku sebagai pencetak rumus ini, pengakuan diberi kepada Albert Einstein karena beliau yang paling banyak memberi usaha untuk penemuan mengguncang dunia ini. Sebenarnya, persamaan ini tidak ada fungsi langsung terhadap dunia nyata. Namun, persamaan ini mengakibatkan penemuan-penemuan lain yang telah mengubah dunia kita untuk selamanya. Lalu, apakah maksud dari rumus E = mc ²?

Annalen der Physik

   Albert Einstein mempublikasikan penjelasan persamaan beliau pada hasil penelitiannya pada jurnal Annalen der Physik pada 27 September 1905. Maksud dari persamaannya adalah sebagai berikut.

   E melambangkan energi. Ia memiliki satuan Joule dalam sistem mks (meter-kilogram-sekon) dan kalori dalam sistem cgs (centimeter-gram-sekon). m melambangkan massa. Ia memiliki satuan kilogram pada mks dan gram pada cgs. c adalah kecepatan cahaya di ruang hampa yang merupakan suatu konstanta. Ia memiliki satuan meter/sekon dalam mks dan centimeter/sekon dalam cgs. Nama lain dari sistem mks adalah sistem metrik dan merupakan SI unit atau satuan internasional yang telah disetujui beberapa abad yang lalu.

   c adalah kecepatan cahaya di ruang hampa. Ini adalah konstanta yang berarti ketetapan yang tidak pernah berubah. Contoh konstanta lain adalah k pada hukum Coulomb dan G pada hukum gravitasi. Nilai c adalah 299 792 458 m/s yang biasanya dibulatkan menjadi 300 000 m/s atau 3 x 10⁸ m/s.

   Berarti, maksud lambang persamaan tersebut adalah: energi = massa x kecepatan cahaya di vakum/ruang hampa pangkat 2. Masih ngak jelas? Mari kita pelajari lebih dalam. Maksud dari persamaan tersebut dapat dijelaskan dengan dua jam dinding yaitu sebagai berikut.

   Anggap terdapat dua jam dinding yang sama persis strukturnya dengan satu perbedaan, yaitu jam dinding pertama berjalan seperti biasa dan yang kedua rusak. Dalam persamaan mekanika klasik, kita bisa menyimpulkan bahwa kedua massa jam dinding tersebut sama. Namun, Einstein menjelaskan hal yang berbeda. Berdasarkan persamaan E = mc ² , jam dinding yang berkerja memiliki massa yang lebih besar karena memiliki lebih banyak energi, yaitu energi kinetik rotasi. Tambahan energi ini berlaku sebagai tambahan massa sehingga kita dapat katakan bahwa massa itu semacam energi. Setidaknya kita dapat sebutkan dengan kepastian bahwa massa dan energi saling berhubungan.

   Itulah maksud dari persamaan Einstein ini, massa dan energi saling berkaitan. Bagaimana dengan c? Ini menunjukkan bahwa massa yang sangat kecil sebanding dengan energi yang sangat besar. Salah satu akibat dari persamaan ini adalah bom atom. Ya, penemuan bahwa suatu massa kecil dapat mengakibatkan enrgi yang besar mengarah pada atom yang dekomposisi. Atom yang tidak stabil seperti uranium akan dekomposisi menjadi beberapa atom yang lebih ringan. Namun, terdapat perubahan massa (semakin kecil). Ke manakah massa ini? Massa ini berupa energi dahsyat yang dapat disaksikan tanggal 6 dan 9 Agustus 1945 di Hiroshima dan Nagasaki. Oleh karena itu, perang dunia 2 juga menunjukkan betapa maju pengetahuan manusia dibanding seratus tahun sebelumnya.

   Walau ilmu pengetahuan telah berkembang pesat, ia masih mungil dibanding berbagai pertanyaan yang masih ada? Kita baru mencakar atap, belum menembusnya. Oleh karena itu, diperlukan usaha (ilmu) yang sangat besar agar dapat menembus atap tersebut. Langit itu bukan batas, kemalasan kita itu batas. Jika Albert Einstein dapat mengubah dunia dengan 1 persamaan, kenapa kita yang satu spesies dengan beliau tidak bisa? Oleh karena itu, teruslah belajar fisika.

4 Pertanyaan Besar Fisika yang Belum Dapat Dijawab 2017

   Fisika adalah ilmu yang sangat luas dan dalam. Walau begitu, ia masih memiliki beberapa lubang. Ada beberapa pertanyaan yang masih belum dapat dipecahkan oleh para fisikawan. Pada pos ini, saya ingin menunjukkan 4 pertanyaan tersebut. Pertanyaan ini sebagian tentang partikel-partikel kecil, sebagian tentang alam semesta ini yang begitu megah dan besar. Sampai tahun 2017, fisikawan masih belum tahu tentang 4 hal ini.

Neutrino ada di mana-mana

1. Kenapakah Neutrino memiliki massa?

   Sebelumnya, kita telah membaca tentang Standard Model di pos-pos sebelumnya. Salah satu kegunaan Standard Model adalah untuk memprediksikan sifat-sifat dari semua zat yang ada di alam semesta. Standard Model melakukan tugas ini dengan sangat baik, namun dengan suatu permasalahan. Standard Model memprediksikan bahwa suatu partikel yang sangat kecil bernama Neutrino tidak memiliki massa, seperti foton. Namun, kenyataan mengatakan sebaliknya. Neutrino memiliki massa.

   Bagaimana ini munkin? Apakah Standard Model salah? Penemuan massa Neutrino ini ditemukan pada tahun 1990-an dengan mengobservasi matahari dan Neutrino yang ada di sekitarnya. Sebenarnya, ini bukan masalah yang terlalu besar. Masalah ini dapat diselesaikan dengan mengubah beberapa rumus. Namun, massa Neutrino sangat kecil, berjutaan kali lebih kecil daripada elektron.  Ini membuat masalah semakin besar. Kenapa bisa begitu kecil?

Zat dan anti-zat akan hancur bila ketemu

2. Kenapakah ada zat (matter) ?

   Menurut teori Dentuman Besar (Big Bang), alam semesta ini tercipta dengan jumlah zat dan anti-zat yang sama. Anti-zat memiliki sifat berlawanan dengan zat. Contoh: anti-zatnya elektron adalah positron, massa yang sama namun memiliki muatan positif (+). Jika zat dan anti-zat bertemu, maka mereka akan saling membinasakan satu sama lain. Jika jumlah zat dan anti-zat awalnya sama, sekarang semua zat akan dibinasakan kan? Tapi, kamu masih ada si sini. Jadi, kenapa demikian?

Kumpulan zat gelap

3. Apakah penyusun zat gelap (dark matter) ?

   Sebelumnya, alam kita penuh dengan masalah massa dan gravitasi? Ketika fisikawan meneliti jumlah zat di alam semesta, hasilnya berbeda dengan diteorikan. Fisikawan juga ketemu lokasi-lokasi tertentu (memiliki gravitasi) yang bersifat seperti zat tetapi tidak dapat dilihat. Fisikawan merancang kesimpulan, terdapat zat yang tidak dapt dilihat karena cahaya yang diterima dihisap masuk dan tidak dipantulkan. Teori ini dibuktikan oleh Vera Rubin. Beliau baru meninggal seminggu yang lalu dan merupakan panutan untuk dicontoh perempuan-perempuan yang ingin menjadi ilmuwan.

   Tampaknya masalah zat gelap ini telah diselesaikan, namun sebetulnya tidak. Ada pertanyaan besar, apakah penyusun zat gelap (dark matter)?


4. Kenapakah jumlah Lithium-7 jauh lebih sedikit daripada yang diprediksi?

   Satu lagi misteri besar adalah tentang Lithium-7. Lithium adalah unsur ketiga di tabel periodik. Ia berada pada golongan A1. Ia memiliki 3 proton, 4 neutron, dan 4 elektron. Angka 7 melambangkan nomor massanya, yaitu p + n = 3 + 4 = 7. Jadi apa masalahnya?

   Ilmuwan dapat memprediksi jumlah hidrogen, helium, dan berbagai unsur lain dalam alam semesta dengan akurasi yang cukup memuaskan. Namun, mereka tampaknya salah kira terhadap Lithium-7. Jumlah Lithium-7 yang ada di alam semesta ini 4 kali lipat lebih kecil daripada jumlah yang dipredisikan. Apakah yang terjadi? Ilmuwan waktu itu sempat berasumsi untuk mendapatkan hasil (seperti suhu pada bintang yang diteliti, dsb). Jika mereka mengubah asumsi tersebut, mereka dapat menjawab masalah Lithium namun menimbulkan masalah baru, jumlah unsur lain akan menjadi berbeda jauh dari yang diprediksikan.

   Memang masalah ini berat, malah bukan hanya ada 4. Ada puluhan masalah yang masih punya tanda tanya. Namun, manusia sering menghadapi tantangan seperti ini. Soal-soal seperti ini telah dijawab oleh ilmuwan seperti Ibnu-Sina, Al-Haytham, Galileo Galelei, Isaac Newton, Albert Einstein, Neils Bohr, Abdus Salam, Richard Feynman, dsb. Dunia perlu fisikawan untuk menjawab pertanyaan ini. Oleh karena itu, teruslah belajar fisika.